Versorgung durch Entsorgung - Der Beitrag des HAMBURG WATER Cycle zum Energiekonzept des Klimamodellstadtteils Jenfelder Au

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1 Versorgung durch Entsorgung - Der Beitrag des HAMBURG WATER Cycle zum Energiekonzept des Klimamodellstadtteils Jenfelder Au Dr. Kim Augustin, Dipl.-Ing. Anne-Katrin Skambraks, Dr.-Ing. Franziska Meinzinger, Thomas Giese HAMBURG WASSER, Abteilung Zukunftstechnologie, Billhorner Deich 2, Hamburg ( kim.augustin@hamburgwasser.de) 1 EINLEITUNG Die Forderung nach einer Energiewende bedeutet für die Abwasserwirtschaft die Herausforderung, nach neuen Lösungen zu suchen, die Energieeffizienz der Entsorgung zu erhöhen und vorhandene Potentiale umzusetzen. Die Integration verschiedener Infrastruktursektoren (Wasser- und Abwasserwirtschaft, Energieversorgung, Abfallwirtschaft, Landwirtschaft) kann die Möglichkeit bieten, ganzheitliche Ansätze zu entwickeln, Synergien zu nutzen und damit gesamtwirtschaftlich energieeffizientere Ver- und Entsorgungssysteme zu entwickeln. Der HAMBURG WATER Cycle verfolgt diesen Ansatz und soll nun erstmals in einem größeren Maßstab im Quartier Jenfelder Au im Hamburger Bezirk Wandsbek umgesetzt werden. Im Folgenden soll dieses neuartige Infrastruktursystem hinsichtlich seines Ziels zu Versorgen durch Entsorgen vorgestellt werden. 1.1 Klimaschutzziele der Freien und Hansestadt Hamburg Unter dem Motto Klimaentwicklung verstehen, Klimawandel mindern, Klimafolgen bewältigen entwickelte die Stadt Hamburg im Jahr 2007 ein Klimaschutzkonzept mit dem Ziel, die Kohlendioxidemissionen bezogen auf das Jahr 1990 deutlich zu reduzieren. Diese Strategien wurden bzw. werden kontinuierlich fortgeschrieben mit der Intention, 40% der CO 2 -Emissionen bis zum Jahr 2020 und 80% bis zum Jahr 2050 einzusparen (BSU, 2012). Für den Zeitraum 2012 bis 2020 bedeutet dies eine Reduktion von 4 Millionen Tonnen emittiertem CO 2 pro Jahr (siehe Bild 1). Für die Erreichung dieser Ziele ist es notwendig, dass in verschiedenen Sektoren und Bereichen geeignete Maßnahmen ergriffen werden. Bild 1: Hamburgs CO 2 -Emissionen und Reduktionsziele (BSU, 2012)

2 1.2 Beitrag von HAMBURG WASSER zur CO 2 -Reduktion Der Wasserver- und Abwasserentsorgungssektor besitzt im Vergleich zu anderen Sektoren wie dem Verkehr oder der Nahrungsmittelproduktion einen eher niedrigeren Energiebedarf. Wietschel et al. (2010) berichten, dass der Stromverbrauch dieses Sektors in Deutschland mit ca. 25 bis 30 PJ el pro Jahr etwa 1,3 % des bundesweiten Stromverbrauchs ausmacht. Auch global gesehen wird der Anteil der Wasserversorgung und Abwasserentsorgung am Energieverbrauch mit ca. 0,5 bis 1,5% im Gegensatz z.b. zum Verkehr (33%) als eher gering angesehen (basierend auf Zahlen zitiert von Lazarova et al., 2012). Für Hamburg stellen sich die Zahlen ähnlich dar. Der Gesamtenergieeinsatz von HAMBURG WASSER macht ca. 1,4 % des Hamburger Strombedarfs sowie 0,8 % des Primärenergieverbrauchs aus (basierend auf Zahlen für 2009 aus HAMBURG WASSER, 2012, und LAK Energiebilanzen, 2012). Dennoch sollen vorhandene Potentiale zur Erhöhung der Energieeffizienz durch Energieeinsparung und produktion genutzt werden. So konnte bereits in den vergangenen Jahren durch verschiedene Maßnahmen auf dem Klärwerk der spezifische Stromverbrauch der Abwasserreinigung von 0,69 kwh/m 3 (2006) auf 0,54 kwh/m 3 (2011) gesenkt werden. Auch der spezifische Stromverbrauch bei der Trinkwasserbereitstellung sank im Zeitraum 2006 bis 2011 von 0,52 kwh/m 3 auf 0,48 kwh/m 3 (HAMBURG WASSER, 2012). Durch umfangreiche aktuelle Projekte wie z.b. die Bioerdgaseinspeisung auf dem Klärwerk Köhlbrandhöft und die Umrüstung des Belüftungssystems wurden zwischen 2007 und 2012 insgesamt rund Tonnen CO 2 -Emissionen eingespart. HAMBURG WASSER hat sich darüberhinaus das ehrgeizige Ziel gesetzt, die Energieautarkie, d.h. eine ausgeglichene Energiebilanz, sowohl für den Klärwerksverbund als auch für das Gesamtunternehmen zu erreichen. Bis 2018 soll der gesamte Energiebedarf des Unternehmens durch Eigenproduktion gedeckt werden und zugleich der CO 2 -Ausstoß auf weniger als Tonnen gesenkt werden. Neben der Optimierung des bestehenden Systems beschreitet HAMBURG WASSER jedoch auch komplett neue Wege in der Siedlungswasserwirtschaft. Mit der Umsetzung des HAMBURG WATER Cycle in der Jenfelder Au wird zum ersten Mal ein teilstromorientiertes Abwassersystem für ein gesamtes Quartier eingesetzt, mit dem Ziel, die Abwasserreinigung energieeffizienter zu machen und neue Erkenntnisse für die Systeme der Zukunft zu gewinnen. Merkmal des HAMBURG WATER Cycle ist die getrennte Erfassung der häuslichen Abwasserströme, um diese anschließend einer gezielten Behandlung und Verwertung zuführen zu können. So soll das Schwarzwasser aus den Toiletten nicht mehr energieintensiv aerob behandelt werden, sondern über eine anaerobe Behandlung im Quartier wird Biogas erzeugt und somit die Verbindung zur dezentralen Energieerzeugung hergestellt. 2 DER HAMBURG WATER CYCLE IN DER JENFELDER AU In den folgenden Abschnitten wird ein Überblick über die wichtigsten Elemente des HAMBURG WATER Cycle (HWC) gegeben und das Neubauquartier Jenfelder Au vorgestellt.

3 2.1 Die Komponenten des HAMBURG WATER Cycle Zentraler Baustein des HWC ist die getrennte Behandlung verschiedener Abwässer, die so genannte Teilstrombehandlung. Schwarz-, Grau- und Regenwasser werden getrennt voneinander gesammelt und je nach Beschaffenheit unterschiedlich aufbereitet (siehe Bild 1). Bild 1: Die Stoffstromtrennung des HAMBURG WATER Cycle Schwarzwasserverwertung Das Schwarzwasser aus Toiletten enthält ca. 60% der im gesamten häuslichen Abwasser enthaltenen organischen Substanzen in einem relativ kleinen Volumenstrom (DWA, 2008). Wird dieser Volumenstrom durch den Einsatz von Toiletten mit einem geringem Wasserbedarf (wie z.b. Vakuumtoiletten) weiter reduziert, lohnt es sich, diesen Teilstrom anaerob zu behandeln. Damit tritt anstelle eines Energieverbrauchs durch die Belüftung eine Freisetzung der gebundenen chemischen Energie in Form von Biogas. Aus dem Biogas kann über eine Kraft-Wärme-Kopplung elektrische Energie und Wärmeenergie gewonnen werden. Die Vakuumtoiletten, die in der Jenfelder Au zum Einsatz kommen, reduzieren den Spülwasserbedarf auf ca. 0,8 bis 1,2 Liter pro Spülung, so dass mit einer Schwarzwasserkonzentration von etwa mg CSB/l und mgts/l gerechnet werden kann (HAMBURG WASSER, 2011). Zusammen mit dem Schwarzwasser können weitere organische Substrate wie z.b. Reststoffe aus Fettabscheideranlagen oder organische Küchenabfälle der Vergärung zugeführt werden. Somit kann die Entsorgung von Abwasser und Abfällen integriert werden und damit mögliche Synergien zwischen diesen Sektoren genutzt werden. Die Gärreste aus der Schwarzwasserbehandlung besitzen einen hohen Nährstoffgehalt, so dass sie für landwirtschaftliche Zwecke zur Verfügung stehen können Grauwasserbehandlung Der zweite häusliche Abwasserstrom, das Grauwasser aus Küchen und Bädern, ist der volumenmäßig wesentlich größere Strom, der jedoch eine geringere Belastung aufweist. Nach dem Konzept des HAMBURG WATER Cycle wird auch dieser Strom separat erfasst und dezentral behandelt. Die Behandlung kann dabei eine Einleitung in ein nahegelegenes Gewässer und damit die Rückführung in den natürlichen Wasserkreislauf oder die Nutzung des Wassers für verschiedene Zwecke zum Ziel haben. Die Reinigung des Grauwassers kann in der Regel mit einfachen und robusten Anlagen, wie z.b. Wirbelbettanlagen oder anderen Fettbettreaktoren, erfolgen. Eine Nährstofflimitierung des Biomassewachstums durch die

4 getrennte Behandlung, d.h. durch das Fehlen des nährstoffreichen Schwarzwassers, ist nicht zu erwarten. Schlamm aus einer aeroben Grauwasserbehandlung kann der anaeroben Schwarzwasserbehandlung zugeführt werden. Das gereinigte Wasser bietet das Potential einer Trinkwassersubstitution z.b. für Bewässerungszwecke o.ä. Das Grauwasser kann auf Grund seiner relativ hohen Temperatur bei separater Erfassung außerdem recht effizient für die Rückgewinnung der enthaltenen Wärme genutzt werden Regenwasserbewirtschaftung In den innerstädtischen Gebieten Hamburgs wird das Regenwasser in einer Mischkanalisation zusammen mit dem übrigen Abwasser abgeleitet. Um den Überlauf aus Mischkanälen bei Starkregenfällen zu vermeiden, wird nun i.d.r. eine Trennkanalisation vorgesehen. Beim dezentralen Konzept des HAMBURG WATER Cycle wird eine möglichst naturnahe Bewirtschaftung des Regenwassers vor Ort vorgesehen. So kann das Regenwasser z.b. für lokale Nutzungen wie die Grünflächenbewässerung genutzt werden oder mit Hilfe von dezentralen Bewirtschaftungsmethoden in Teichen zurückgehalten und verdunstet werden, über Mulden versickert werden oder in nahegelegene Gewässer abgeleitet werden. In der Jenfelder Au, wo das Regenwasser in einem das Quartier prägenden Teich zurückgehalten werden soll, liegt die Regenwasserbewirtschaftung in der Verantwortung des Bezirks. 2.2 Der Klimamodellstadtteil Jenfelder Au Die Konversion der ehemaligen Lettow-Vorbeck-Kaserne in Jenfeld ist aktuell das bedeutendste Wohnungsbauprojekt im Bezirk Wandsbek. Der Bebauungsplan der Jenfelder Au geht auf einen Entwurf des Rotterdamer Büros West 8 zurück. Die Niederländer konnten sich im Jahre 2006 mit ihrem Konzept-Entwurf in einem städtebaulichlandschaftsplanerischen Wettbewerb als Sieger durchsetzen. Insgesamt soll auf dem 35 ha großen Areal Wohnraum für ca Einwohner entstehen, außerdem soziale, kulturelle und gewerbliche Infrastruktur sowie viele Grün- und Wasserflächen (s. Bild 2). Die Jenfelder Au ist Pilotprojekt im Rahmen der Nationalen Stadtentwicklungspolitik des Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung und des Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung. Im Jahr 2010 wurde das Projekt mit dem International Urban Landscape Award (IULA) ausgezeichnet, mit dem energieeffizientes und ressourcenoptimiertes Bauen prämiert wird. Seit März 2012 ist das Projekt außerdem Referenzprojekt der IBA Hamburg im Kontext des Leitthemas Stadt im Klimawandel.

5 Bild 2: Ansichten des neuen Quartiers Jenfelder Au (Quelle: West 8) Ziel der Stadt Hamburg ist, dass in der Jenfelder Au die Potenziale für ein umweltverträgliches Bauen und Wohnen und eine ressourcenschonende Energieversorgung genutzt werden sollen. Für die Quartierswärmeversorgung sollen regenerative Energiequellen genutzt werden mit einer Integration des HWC-Gesamtkonzeptes, d.h. der Nutzung der aus dem Schwarzwasser gewonnenen Energie. Daneben tragen modernste Wärmedämmstandards zur Energieeinsparung bei. Von den insgesamt 770 geplanten Wohneinheiten werden etwa 630 Wohneinheiten an den HWC angeschlossen. D.h. es kann mit ca Nutzern der neuartigen Infrastruktur gerechnet werden. 2.3 Realisierung des HWC im neuen Quartier Zentrales Element des HAMBURG WATER Cycle in der Jenfelder Au wird der Betriebshof von HAMBURG WASSER im nördlichen gelegenen Gewerbegebiet des Quartiers sein. Dort befinden sich alle Anlagen zur Behandlung des Schwarz- und des Grauwassers, ein Scharzwasserpumpwerk sowie die Kraft-Wärmekopplung zur Produktion von Wärme und elektrischem Strom. Prinzipiell kann hierfür z.b. ein BHKW oder eine Mikrogasturbine eingesetzt werden. Für die Jenfelder Au fiel die Wahl auf eine Mikrogasturbine, die zwar einen etwas schlechteren elektrischen Wirkungsgrad als ein BHKW aufweist, dafür aber Vorteile im Betrieb wie z.b. längere Wartungsintervalle und damit höhere Vollbenutzungsstunden erwarten lässt. Die produzierte elektrische Energie wird vor allem zur Deckung des Energiebedarfs der Anlagentechnik verwendet. Stromüberschüsse sollen ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Die produzierte Wärmeenergie deckt zum einen den Wärmebedarf der anaeroben Schwarzwasserbehandlungsanlage und zum anderen die Grundlastversorgung der Wohngebäude eines Teilbereichs des Quartiers Jenfelder Au. Die Wärmeversorgung des anderen Teilbereichs kann z.b. über oberflächennahe Geothermie und Solarthermie sichergestellt werden. Die Konzession der Wärmeversorgung wurde durch die Freie und Hansestadt Hamburg europaweit ausgeschrieben und wird erst nach Fertigstellung dieses Artikels vergeben werden. Daher können an dieser Stelle noch keine Aussagen zur genauen CO 2 -neutralen Ausgestaltung des Wärmekonzeptes des Quartiers gegeben werden.

6 Bild 3: Die Stoffstrombehandlung des HAMBURG WATER Cycle Die ersten Ideen für die Umsetzung des HWC in der Jenfelder Au gab es bereits im Jahr 2006; seit 2007 ist das Quartier Pilotprojekt für den HWC. Detaillierte Informationen zum Verlauf der wasserwirtschaftlichen Planungen haben Jurleit und Dickhaut zusammengestellt (2011). Nach dem Beschluss des Bebauungsplans in 2010 und der Kampfmittelräumung seit 2011 starten im Herbst 2012 die Erschließungsmaßnahmen für das Freigefällesiel der Grauwasserableitung sowie die Unterdruckentwässerung. Die Vermarktung der ersten Baublöcke durch die Finanzbehörde hat bereits begonnen und wird nun abschnittsweise fortgeführt. Nach der geplanten Hochbaureife Ende 2013 wird der Bezug der ersten Wohnungen für März 2014 erwartet. 3 ENERGIEBILANZ DES NEUEN SYSTEMS Ziel des HAMBURG WATER Cycle ist es, Wege für eine energieeffizientere und Infrastruktursektor-übergreifende Siedlungswasserwirtschaft aufzuzeigen. Mit der Realisierung des Pilotprojektes Jenfelder Au kann eine erste Abschätzung der Potentiale und Adaptionsmöglichkeiten vorgenommen werden, es werden jedoch in dieser ersten Umsetzung noch nicht alle prinzipiell möglichen Vorteile ausgeschöpft werden. Im Folgenden wird basierend auf der Arbeit von Urban (2012) und dem gegenwärtigen Planungsstand ein kurzer Überblick über die Auswirkungen auf Energieverbrauch und Energiebedarf im Gegensatz zur konventionellen Entwässerung gegeben. 3.1 Energieproduktion Die Kraft-Wärme-Kopplung zur Nutzung des Biogases aus der Schwarzwasserbehandlungsanlage wird in der Jenfelder Au auf eine Leistung von 100kW el ausgelegt. Dies bedeutet, dass zusätzlich zu dem konzentrierten Schwarzwasser weitere Co- Substrate vergoren werden. Neben den knapp 14 m 3 Schwarzwasser und ca. 3 m 3 Schlämmen aus der Grauwasseraufbereitung können daher täglich noch ca. 24 m 3 Fettabscheiderrückstände in der Anlage behandelt werden. Somit können pro Tag bis zu ca. 980 m 3 Biogas erzeugt werden. Die Auslegung einer Mikrogasturbine zur Nutzung dieses

7 Biogases ergibt abzüglich eines Eigenstromanteils von 3,5% eine jährliche Gesamtstromproduktion von 542 MWh el und eine Wärmeproduktion von 1086 MWh th (Urban, 2012). 3.2 Energiebedarf Ein Nachteil der Erfassung des relativ unverdünnten Schwarzwassers ist der Energiebedarf der Unterdruckentwässerung. Von anderen Projekten mit Abwasserableitung über Unterdruck wird dieser Bedarf auf 3 kwh el /m 3 bis zu 28 kwh el /m 3 beziffert (Meinzinger, 2010). Die Auslegung des Vakuumnetzes für die Jenfelder Au ein relativ dicht besiedeltes Gebiet mit einer optimierten Leitungsführung ergibt einen Strombedarf von ca. 4 kwh el /m 3 (Urban, 2012). Hinzu kommt noch der Wärme- und Strombedarf des mesophilen Fermenters. Das Rührwerk des Fermenters benötigt jährlich ca. 18 MWh el. Der Ausgleich der Wärmeverluste des Fermenters erfordert eine Wärmezufuhr von 506 MWh th, die über die Eigenproduktion abgedeckt werden kann. Die Reinigung des gesamten anfallenden Grauwassers in der Jenfelder Au, z.b. mit einem Rotationstauchkörper, besitzt einen jährlichen Strombedarf von ca. 7 MWh el. Nicht zu vernachlässigen ist bei einer energetischen Betrachtung die erzielte Energieeinsparung durch den reduzierten Trinkwasserverbrauch bei der Toilettenspülung. Im Vergleich zu konventionellen Spartoiletten mit einer dualen Spülung werden in der Jenfelder Au durch die Vakuumtoiletten ca m 3 Trinkwasser pro Jahr eingespart, was einem Strombedarf für Aufbereitung und Verteilung von ca. 8 MWh el entspricht. 3.3 Energiebilanz und Vergleich mit dem konventionellen System Die Energiebilanz wird im Vergleich mit dem gegenwärtigen konventionellen System in Hamburg dargestellt. Der Hamburger Klärwerksverbund, der das Abwasser von rund 2 Millionen Einwohnern sowie Gewerbe und Industrie aus Hamburg und Umland behandelt, ist auf Grund seiner Größenklasse und der kontinuierlichen Umsetzung von energieeinsparenden Maßnahmen, vergleichsweise energieeffizient. Der Strombedarf der Abwasserbehandlung auf einen Einwohnergleichwert bezogen beträgt im konventionellen System pro Jahr 32 kwh el /E (basierend auf Zahlen für 2011 aus HAMBURG WASSER; 2012). Hinzu kommt noch der Energiebedarf für den Abwassertransport, der hier ebenfalls basierend auf Angaben aus der Umwelterklärung 2011 pauschal mit 2 kwh el pro Einwohner und Jahr angesetzt wird. Da in der Jenfelder Au durch die Zugabe von Co-Substraten ein zusätzlicher Energiegewinn zu verzeichnen ist, wird hier analog der Berechnung von Urban (2012) auch für das konventionelle System eine entsprechende Zugabe von Co-Substrat zur Schlammbehandlung angenommen. Unter dieser Voraussetzung kann in dieser Vergleichsrechnung ein Energiegewinn über die Biogasverwertung von 331 kwh el pro Einwohner und Jahr verzeichnet werden. Es wird angenommen, dass die produzierte Wärme vollständig zur Deckung des Eigenbedarfs verwendet wird bzw. keine weitere Verwendung eines Wärmeüberschusses möglich ist. Abzüglich des Strom-Eigenbedarfs des Fermenterrührwerks (10 kwh/(e*a)) sowie des Strombedarfs für Abwasserableitung und -

8 behandlung verbleibt in dieser Bilanz ein Netto-Stromgewinn von jährlich 287 kwh el pro Einwohner. Tabelle 1 gibt einen Überblick über den Energiebedarf sowie die Energieproduktion des HAMBURG WATER Cycle-Systems im Vergleich mit dem Referenzsystem, d.h. der Annahme einer konventionellen Entsorgung des Quartiers Jenfelder Au über das Klärwerk Köhlbrandhöft/Dradenau. Dargestellt sind spezifische jährliche Energiebedarfe mit negativem Vorzeichen sowie Energieerträge mit positivem Vorzeichen jeweils als Bruttoertrag und als Nettoertrag nach Abzug des gesamten Energiebedarfs. Unter den gewählten Randbedingungen (insb. vermehrte Annahme von Co-Substraten) zeigt sich, dass auf Grund der höheren Effizienz der Schlammbehandlung und Gasverwertung in größeren Anlagen das konventionelle System eine höhere Stromerzeugung aufweist. Auf der anderen Seite ist der gesamte jährliche spezifische Strombedarf des HWC mit 33 kwh el /E gegenüber dem konventionellen System mit 48 kwh el /E deutlich geringer, was insbesondere an der Einsparung an Belüftungsenergie für die aerobe Behandlung liegt. Der Strombedarf für die Abwasserableitung wiederum ist bei den jetzigen Randbedingungen im HWC-System nachteiliger. Dies bedeutet, dass insbesondere Weiterentwicklungen im Bereich des Spülwasserbedarfs und des Schwarzwassertransports vorteilhaft erscheinen, da dies auch zu ökonomischen und energetischen Einsparungen an anderer Stelle führen würde (z.b. Wärmebedarf des Fermenters, geringere Transportmengen bei Gärrestverwertung etc.). Tabelle 1: Energiebilanz des HWC-Systems im Vergleich zum konventionellen System Energiebedarf Position Mehrbedarf Trinkwasserbereitstellung HWC- System Referenzsystem Einheit -4 kwh el /(E*a) Abwasserableitung kwh el /(E*a) Abwasserreinigung -32 kwh el /(E*a) Grauwasserreinigung -4 kwh el /(E*a) Eigenbedarf Anlage (Fermenter & KWK) kwh el /(E*a) Wärmebedarf Fermenter -268 n.b. kwh th /(E*a) Energieertrag Brutto-Energieertrag elektrisch kwh el /(E*a) Brutto-Energieertrag thermisch 574 n.b. kwh th /(E*a) Netto-Energieertrag elektrisch kwh el /(E*a) Netto-Energieertrag thermisch 306 kwh th /(E*a) Der Vergleich der potentiellen Netto-Stromerträge zeigt, dass beide Systeme mit 264 kwh el /(E*a) bzw. 283 kwh el /(E*a) in einer ähnlichen Größenordnung liegen. Zusätzlich hat das System Jenfelder Au einen thermischen Energieertrag von 306 kwh th /(E*a), der durch

9 das dezentrale Konzept und die Einbindung in die Nahwärmeversorgung der Jenfelder Au bestmöglich genutzt werden kann. Bei der Energiebilanz wurden keine notwendigen Baumaßnahmen berücksichtigt. In der Regel würde solch eine Lebenszyklusanalyse jene Systeme bevorzugen, bei denen bereits bestehende Infrastrukturelemente genutzt werden können. Dies bedeutet, dass neue, dezentrale Systeme v.a. dort vorteilhaft sind, wo noch keine entsprechende Infrastruktur vorhanden ist bzw. wo auch im bestehenden System Anpassungen oder Erneuerungen notwendig wären. 4 ZUSÄTZLICHES POTENTIAL DES HWC Die dargestellte Energieanalyse bezieht sich auf das geplante Pilotprojekts zum HAMBURG WATER Cycle in der Jenfelder Au, das die erstmalige Realisierung eines teilstromtrennenden Abwassersystems in Hamburg darstellt und den Fokus auf Kernelemente wie die anaerobe Schwarzwasserbehandlung und Biogaserzeugung legt. Darüberhinaus weist das HWC- Konzept noch weitere Potentiale auf, die in dieser ersten Umsetzung noch nicht enthalten sind, aber für zukünftige Entwicklungen wichtig und bei entsprechenden Randbedingungen äußerst vielversprechend erscheinen. Grauwasserrecycling und -wärmenutzung Insbesondere bei der Betrachtung des energetischen Potentials sollte auch die thermische Energie aus der im Abwasser enthaltenen Wärme nicht vernachlässigt werden. Hier zeigt sich der Vorteil einer separaten Grauwassererfassung, da das Grauwasser mit einer durchschnittlichen Temperatur von 30 deutlich wärmer als gemischtes Abwasser ist. In der Jenfelder Au wird dieses Potential nicht berücksichtigt, da durch den Transport bis zum Betriebshof mit Verlusten gerechnet werden muss. Es besteht jedoch die Möglichkeit, dass Bauträger das auf ihren Grundstücken anfallende Grauwasser mit einer Vor-Ort-Behandlung als Betriebswasser und auch zur Wärmerückgewinnung nutzen. Bei einem Potential von mindestens 10 kwh th /m 3 zur Trinkwasser-Vorerwärmung, könnten so über das Grauwasser 274 kwh th pro Einwohner und Jahr zur Verfügung gestellt werden. Eine dezentrale Grauwasseraufbereitung und nutzung kann in wasserarmen Gebieten eine effiziente Option zur Trinkwassersubstitution darstellen. Bei einem Bedarf von 2 kwh el /m 3 für die Wärmerückgewinnung, Grauwasseraufbereitung sowie die Betriebswasserverteilung (Nolde, 2012) stellt diese Möglichkeit eine deutlich effizientere Alternative als z.b. die Entsalzung und Nutzung von Meerwasser dar. Nährstoffnutzung Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Möglichkeit, die Gärreste als nährstoffreiches Substrat in der Landwirtschaft zu verwenden. Diese Möglichkeit wird in der Begleitforschung zum Projekt Jenfelder Au weiter eruiert werden, mit dem Ziel Mineraldünger zu ersetzen und damit Energie einzusparen. Patyk und Reinhardt (1997) beziffern den Primärenergiebedarf für die Herstellung von mineralischem Stickstoff- bzw. Phosphordünger auf 13,64 kwh/kgn

10 bzw. 2,14 kwh/kgp. Das bedeutet, dass bei einer Nutzung der Gärreste aus der Schwarzwasserbehandlung Energieäquivalente im Wert von ca. 61 kwh primär /(E*a) gutgeschrieben werden könnten (ohne Berücksichtigung eines erforderlichen Transports bzw. einer weiteren Aufbereitung). Gleichzeitig entfällt für das Schwarzwasser der Bedarf einer Phosphorelimination auf der zentralen Kläranlage (konventionelles System), der nach Maurer et al. (2003) bei ca. 13,6 kwh/kgp liegt. Dies bedeutet eine potentielle Einsparung von 7 kwh/(e*a). Elimination Mikroschadtstoffe Darüberhinaus kann ein teilstromorientiertes System wie der HWC Vorteile bei der Elimination von Mikroschadstoffen bieten. Da insbesondere im Urin und in den Faezes Reststoffe von Pharmaka oder andere Mikroschadstoffe enthalten sind, stellt bei einer möglicherweise notwendigen Behandlung (z.b. durch sich ändernde gesetzliche Vorgaben) der Schwarzwasserteilstrom einen wesentlich kleineren Volumenstrom als das gemischte Abwasser dar, so dass eine effizientere Schadstoffelimination möglich ist. 5 AUSBLICK Das Demonstrationsvorhaben HAMBURG WATER Cycle in der Jenfelder Au zielt darauf ab, ganzheitliche, modellhafte und zukunftsweisende Lösungen zu finden, um auf intelligente Weise städtische Entsorgungsaufgaben für Abwasser mit den Versorgungsaufgaben im Energiebereich sowie mit weiteren Sektoren wie der Landwirtschaft oder Abfallwirtschaft zu vereinen. Innovative Stadtentwässerung wird hier mit regenerativer Energiegewinnung und umweltfreundlicher Nahwärmeversorgung verknüpft. Die nächsten Jahre werden zeigen, welche weiteren betrieblichen, organisatorischen und verfahrenstechnischen Optimierungen möglicherweise notwendig sind, für den Weg in eine nachhaltige und klimafreundliche Abwasserwirtschaft. Die Begleitforschung zu diesem Projekt - u.a. durch das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Verbundprojekt KREIS - kann hier wertvolle Beiträge liefern. Auch wenn im Rahmen dieses ersten Pilotvorhabens noch nicht alle Potentiale des HWC im vollen Umfang genutzt werden, so wird dennoch ein richtungsweisender Weg beschritten, der hilft Randbedingungen zu klären und zukunftsfähige Systeme weiterzuentwickeln. 6 DANKSAGUNG HAMBURG WASSER dankt der Freien und Hansestadt Hamburg und dem Bezirksamt Wandsbek für die Unterstützung bei der Umsetzung des HAMBURG WATER Cycle in der Jenfelder Au. Die Planung und der Bau des HAMBURG WATER Cycle wird aus dem LIFE+ Programm der Europäischen Kommission cofinanziert. Darüber hinaus erhalten die begleitenden Forschungsprojekte KREIS Fördergelder des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) sowie des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi).

11 REFERENZEN BSU (2012). Ziele der Hamburger Klimapolitik. URL: (Stand: ). DWA (2008). Neuartige Sanitärsysteme. DWA Themenband, ISBN , Hennef. HAMBURG WASSER (2011). Projektierungsunterlage Vorhaben HAMBURG WATER Cycle in der Jenfelder Au. Internes Dokument. HAMBURG WASSER (2012). Umwelterklärung Jurleit A. & W. Dickhaut (2011). Analyse des Projekts Jenfelder Au : wasserwirtschaftliche und städtebauliche Zielsetzungen und Ergebnisse. Projektbericht im Rahmen von SWITCH. LAK Energiebilanzen (2012). Aktuelle Ergebnisse und Zeitreihen. Länderarbeitskreis Energiebilanzen. URL: (Stand: ). Lazarova V., Choo K.-H. & P. Cornel (2012). Meeting the challenges of the water-energy nexus: the role of reuse and wastewater treatment. Water 21, IWA, April Maurer M., Schwegler P. & T.A. Larsen (2003). Nutrients in urine: energetic spects of removal and recovery. Water Science & Technology Vol 48 No 1: Meinzinger F.(2010). Resource Efficiency of Urban Sanitation Systems: A Comparative Assessment Using Material and Energy Flow Analysis. Hamburger Berichte zur Siedlungswasserwirtschaft 75, ISBN Nolde, E. (2012). Grauwasserrecycling mit Wärmerückgewinnung (Arnimplatz).URL: (Stand: ) Patik R. & G. Reinhardt (1997). Düngemittel Energie- und Stoffstrombilanzen. Vieweg Verland, Braunschweig/Wiesbaden. Urban D. (2012). Energetische und ökonomische Bilanzierung des HWC -Konzeptes im Quartier Jenfelder Au. Masterthesis, Hochschule Bremen. Wietschel M., Arens M., Dötsch Ch., Herkel S., Krewitt W., Markewitz P., Möst D. & M. Scheufen (2010). Energietechnologien 2050 Schwerpunkte für Forschung und Entwicklung. ISI, Fraunhofer Verlag, Stuttgart.